Restauración de la función visual mediante el trasplante de fotorreceptores con ingeniería optogenética

Restauración de la función visual mediante el trasplante de fotorreceptores con ingeniería optogenética

Un desafío importante en el tratamiento de enfermedades degenerativas de la retina, con el trasplante de fotorreceptores de reemplazo, es la dificultad para inducir a las células injertadas a crecer y mantener segmentos externos sensibles a la luz en la retina del huésped, lo que depende de la interacción adecuada con el epitelio pigmentario de la retina (EPR) subyacente.

En este caso, para un método de tratamiento independiente del EPR, introducimos una opsina de origen microbiano hiperpolarizante en células precursoras fotorreceptoras de ratones recién nacidos, y las trasplantamos en ratones ciegos que carecen de la capa de fotorreceptores.

Estos fotorreceptores transformados optogenéticamente son sensibles a la luz y su trasplante conduce a la recuperación de la función visual, como lo demuestran los registros de células ganglionares y las pruebas de comportamiento.

Posteriormente, generamos fotorreceptores de cono a partir de células madre humanas pluripotentes inducidas. Después del trasplante en ratones ciegos, observamos respuestas impulsadas por la luz en los niveles de fotorreceptores y células ganglionares. Estos resultados demuestran que la reparación de la retina estructural y funcional es posible al combinar la terapia con células madre y la optogenética.

La terapia de reemplazo celular ofrece una posibilidad para el tratamiento de la degeneración retiniana en etapa tardía, cuando la capa exterior de fotorreceptores de la retina se pierde. Sin embargo, un último obstáculo para el reemplazo de fotorreceptores es que las células trasplantadas tienen que convertirse en fotorreceptores funcionales con segmentos externos (OS) sensibles a la luz.

De hecho, en modelos de ratón con degeneración severa, la formación de fotorreceptores funcionales con segmentos externos sensibles a la luz a partir de fotorreceptores trasplantados ha sido difícil de lograr.

Estudios recientes, usando un implante sobre un soporte bio-compatible condujo a importantes mejoras en términos de formación de OS y sensibilidad a la luz. A pesar de estos resultados prometedores, aún no se ha resuelto un problema importante: los fotorreceptores necesitan una interacción estrecha con el epitelio pigmentario de la retina (ERP) para mantener su estructura y función a través del desprendimiento y la renovación continua del disco.

Dado que en las enfermedades degenerativas de la retina, el ERP a menudo también está en peligro, la probabilidad de que los fotorreceptores trasplantados permanezcan sensibles a la luz es muy baja.

Para abordar este problema, introdujimos sensores de luz optogenéticos en fotorreceptores, derivados de la retina de ratón en desarrollo, así como de células madre humanas pluripotentes inducidas (hiPSC), y los trasplantamos a modelos de ratón con degeneración retiniana severa. El aspecto fundamental en el que se apoya nuestro planteamiento es que estos fotorreceptores transformados optogenéticamente permanecen funcionales gracias a la actividad de la opsina microbiana, incluso en ausencia de fotorreceptores funcionales con segmentos externos formados adecuadamente y sin el apoyo del ERP.

En conclusión, al usar fotorreceptores inmaduros equipados con una opsina microbiana, fuimos más allá de las limitaciones actuales de los planteamientos de terapia génica optogenética.

Las modalidades optogenéticas suelen estar dirigidas a las células bipolares o a las células ganglionares de la retina que son objetivos viables en las últimas etapas de las enfermedades degenerativas de la retina, como la retinosis pigmentaria o la degeneración macular relacionada con la edad. Desafortunadamente, al conferir sensibilidad a la luz a las células bajo los fotorreceptores, se pasa por alto el importante procesamiento de información que normalmente realiza el circuito retiniano interno.

La terapia optogenética dirigida por fotorreceptores que tiene como objetivo rescatar la función de los conos latentes restantes aprovecha el procesamiento de la información de la retina interna permitiendo la recuperación de respuestas visuales complejas como la inhibición lateral y la selectividad direccional en ratones previamente ciegos, pero esta estrategia solo puede ser útil en pacientes con conos restantes que representan una porción menor de pacientes con retinosis pigmentaria en etapa tardía.

En este caso, utilizamos la sinergia del reemplazo celular y la terapia optogenética que permite la restauración de la estructura retiniana con derivados de células madre y la función visual con opsinas microbianas. En una perspectiva futura, los conos derivados de hiPSC de ingeniería optogenética podrían servir como células donantes para el trasplante de fotorreceptores en la degeneración retiniana en etapa tardía.

En los pacientes, las enfermedades degenerativas de la retina, como la retinosis pigmentaria, la degeneración macular relacionada con la edad y la amaurosis congénita de Leber, a menudo manifiestan degeneración del ERP junto con degeneración de fotorreceptores, especialmente en sus etapas tardías. Nuestro planteamiento es un buen augurio para las aplicaciones en tales pacientes que solo pueden obtener un beneficio limitado del trasplante de fotorreceptores en ausencia de reposición de cromóforos de su ERP distrófico.

Traducción: Asociación Mácula Retina.